卷绕式电极组件以及含有该组件的二次电池.pdf

一种电极组件，它包括：第一电极带，它具有覆有至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；与所述第一电极带卷在一起的第二电极带，它具有覆有至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连；以及至少一个电极带之间的间隔件，它位于所述第一和第二电极带之间，其中从所述电极带之间的间隔件延伸出来的至少一片保护间隔件还位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

1.  一种电极组件包括：
第一电极带，它包括覆有一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；
与所述第一电极带卷在一起的第二电极带，它具有覆有至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连；以及
至少一个位于所述第一和第二电极带之间的电极带之间的间隔件，
其中从所述电极带之间的间隔件伸出的至少一个保护间隔件位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

2.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极接头片位于所述卷绕电极组件的大致中心部分。

3.  根据权利要求2所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件中的至少一个位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧的相对一侧上。

4.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件位于所述电极带之间的间隔件的端部。

5.  根据权利要求4所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件弯曲一次以上，并位于所述第一和第二电极带之间。

6.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极接头片位于所述电极组件大致中心部分的所述第一电极集电器的一侧上。

7.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件从所述电极带之间的间隔件中延伸出来，同时沿着与所述电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。

8.  根据权利要求1所述的电极组件，它是这样一种卷绕结构：其中，所述电极带之间的间隔件、所述第一电极带、另一电极带之间的间隔件以及所述第二电极带顺序叠置起来，
其中所述至少一个保护间隔件从至少一个所述电极带之间的中延伸出来。

9.  根据权利要求1所述的电极组件，其中每个所述第一和第二活性材料的起点都相同。

10.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第二电极带相对于所述至少一个保护间隔件位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

11.  根据权利要求10所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件延伸到与所述电极带之间的间隔件面向电极组件的大致中心部分一侧的相对一侧接触，该所述电极带之间的间隔件存在于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧与所述第二电极带之间。

12.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件中至少有一个包括从包括以下材料的组中选出的至少一种材料：聚乙烯，聚丙烯，以及聚乙烯和聚丙烯的共聚物。

13.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件中至少有一个具有多层结构。

14.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件中至少有一个包括分子量至少接近35万的聚烯烃基聚合物。

15.  根据权利要求1所述的电极组件，其中在所述第一或第二电极带的一部分上不设置活性材料，所述这一部分相对于相邻的第一或第二电极带的活性材料和相邻的电极带之间的间隔件存在于极性不同的相邻的第一或第二电极带上。

16.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极活性材料包括锂基氧化物，所述第二电极活性材料包括碳基材料。

17.  根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极集电器由铝或铝合金构成，所述第二电极集电器由铜或铜合金构成。

18.  一种包括权利要求1所述电极组件的二次电池，其中所述电极组件位于圆柱形、长方形容器内或位于袋形壳体内。

19.  一种电极组件，包括：
第一电极带，它具有覆有至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；以及
第二电极带，它具有覆有至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连，
其中第一和第二电极带分别位于两个间隔件之间，所述第一和第二电极带每个都位于所述两个间隔件中的一个上，形成多层结构，
多层结构插到心轴中，利用心轴卷绕，以及
所述两个间隔件中至少有一个被插到所述心轴中，从所述心轴中抽出长度为心轴周长的至少一半的一部分，利用所述心轴对其进行卷绕。

20.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述抽出部分伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上。

21.  根据权利要求20所述的电极组件，其中所述第二电极带根据所述间隔件中的一个和另一间隔件的抽出部分位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上。

22.  根据权利要求20所述的电极组件，其中所述间隔件中的一个位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧的相对一侧上。

23.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件中的一个的抽出部分长度长于心轴的大致一半周长与从心轴到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连那一侧的距离之和。

24.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件中的一个的所述抽出部分通过所述心轴卷绕至少半个心轴周长的距离，并且利用所述心轴卷绕所述第一电极带。

25.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述第一电极接头片位于所述第一电极集电器面向所述电极组件中心部分的一侧上。

26.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件中的一个的抽出部分在延伸的同时沿所述电极组件卷绕方向的相反方向卷绕。

27.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件每个都包括选自包括以下材料的组中的材料：聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯与聚丙烯的共聚物。

28.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件每个都有多层结构。

29.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述间隔件包括分子量至少约35万的聚烯烃基聚合物。

30.  根据权利要求19所述的电极组件，其中在所述第一或第二电极带的一部分上不设置活性材料，所述这一部分相对于相邻的电极带的活性材料和间隔件存在于极性不同的相邻的第一或第二电极带上。

31.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述第一活性电极材料包括锂基氧化物，所述第二电极活性材料包括碳基材料。

32.  根据权利要求19所述的电极组件，其中所述第一电极集电器由铝或铝合金构成，所述第二电极集电器由铜或铜合金构成。

33.  一种包括权利要求19的电极组件的二次电池，其中所述电极组件被置于圆柱形、长方形的容器中或置于袋形壳体中。

34.  一种电极组件，它包括：
第一电极，它具有覆有一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；
与所述第一电极带卷绕在一起的第二电极带，它具有覆有一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连；以及
位于第一和第二电极带之间的电极带之间的间隔件，
其中与所述至少一个电极带之间的间隔件设置在一起的至少一个保护间隔件和所述第一电极间隔件的所述暴露部分位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

35.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极接头片大致位于所述电极组件的中心部分上。

36.  根据权利要求35所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件每个都位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧的相对一侧上。

37.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件是所述电极带之间的间隔件的端部。

38.  根据权利要求37所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件弯曲一次以上，并位于所述第一和第二电极带之间。

39.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极集电器的所述暴露部分伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上。

40.  根据权利要求39所述的电极组件，其中伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧上的所述第一电极集电器的所述暴露部分弯曲一次以上，并位于所述第一和第二电极带之间。

41.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极接头片位于所述第一电极集电器面向所述电极组件的中心部分的一侧上。

42.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述至少一个保护间隔件从所述电极带之间的间隔件延伸出来，同时沿着与所述电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。

43.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极集电器的所述暴露部分在伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧的同时，让所述暴露部分沿着与所述电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。

44.  根据权利要求34所述的电极组件，它是这样一种卷绕结构：其中，所述电极带之间的间隔件、所述第一电极带、一片间隔件、以及所述第二电极带顺序设置，
其中所述至少一个保护间隔件从所述两个间隔件的至少一个中延伸出来。

45.  根据权利要求34所述的电极组件，其中每个所述第一和第二电极活性材料的起点相同。

46.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第二电极带相对于所述至少一个保护间隔件和所述第一电极集电器的所述暴露部分设置在所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上。

47.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件包括至少一种从包括以下材料的组中选出的材料：聚乙烯、聚丙烯、以及聚乙烯和聚丙烯的共聚物。

48.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件一起构成多层结构。

49.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述电极带之间的间隔件和所述至少一个保护间隔件中的至少一个包括分子量至少接近35万的聚烯烃基聚合物。

50.  根据权利要求34所述的电极组件，其中在所述第一或第二电极带的一部分上不设置活性材料，所述这一部分相对于相邻的电极带的活性材料和间隔件存在于极性不同的相邻的第一或第二电极带上。

51.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极活性材料包括锂基氧化物，所述第二电极活性材料包括碳基材料。

52.  根据权利要求34所述的电极组件，其中所述第一电极集电器由铝或铝合金构成，所述第二电极集电器由铜或铜合金构成。

53.  一种包括权利要求34的电极组件的二次电池，其中所述电极组件被装在圆柱形、长方形的容器中，或者装在袋形壳体中。

54.  一种电极组件，包括：
第一电极带，它包括覆有至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；以及
第二电极带，它包括覆有至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连，
其中所述第一和第二电极带分别位于两个间隔件之间，或位于这两片间隔件中的一个上，从而形成多层结构，
所述多层结构被插到心轴中，通过心轴卷绕，以及
所述两个间隔件中的至少一个和所述第一电极集电器的所述暴露部分被插到心轴中，从所述心轴中抽出长度为心轴周长的至少一半长度的一部分，通过所述心轴对其进行卷绕。

55.  根据权利要求54所述的电极组件，其中所述抽出部分伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

56.  根据权利要求55所述的电极组件，其中所述第二电极带相对于所述间隔件的所述抽出部分和位于所述第一和第二电极带之间的间隔件位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上。

57.  根据权利要求56所述的电极组件，其中所述第一电极集电器的所述延伸部分的所述抽出部分伸到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的那一侧上；
其中所述第二电极带相对于所述间隔件的所述抽出部分位于所述第一电极集电器的所述延伸部分的所述抽出部分的一侧上。

58.  根据权利要求54所述的电极组件，其中所述第一电极集电器的所述暴露部分的所述抽出部分的长度长于所述心轴的半周长与从所述心轴到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧的距离的和；
所述间隔件的所述抽出部分的长度长于所述第一电极集电器的所述暴露部分的所述抽出部分的所述长度。

59.  根据权利要求54所述的电极组件，其中所述第一电极集电器的所述暴露部分的所述抽出部分绕所述心轴卷绕半圈，以及所述第一电极带利用所述心轴来卷绕。

60.  根据权利要求54所述的电极组件，其中所述第一电极接头片位于所述第一电极集电器面向所述电极组件的大致中心位置的一侧上。

61.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述间隔件的所述抽出部分以及所述第一电极集电器的所述暴露部分从所述心轴抽出，所述抽出部分沿着与所述电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。

62.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述间隔件包括从包括以下材料的组中选出的材料：聚乙烯、聚丙烯、以及聚乙烯和聚丙烯的共聚物。

63.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述间隔件具有多层结构。

64.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述间隔件包括分子量至少为35万的聚烯烃基聚合物。

65.  根据权利要求51所述的电极组件，其中在所述第一或第二电极带的一部分上不设置活性材料，所述这一部分相对于相邻的电极带的活性材料和间隔件存在于极性不同的相邻的第一或第二电极带上。

66.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述第一活性材料包括锂基氧化物，所述第二电极活性材料包括碳基材料。

67.  根据权利要求51所述的电极组件，其中所述第一电极集电器由铝或铝合金构成，所述第二电极集电器由铜或铜合金构成。

68.  一种包括权利要求51的电极组件的二次电池，其中所述电极组件被装在圆柱形、长方形的容器中，或者装在袋形壳体中。

69.  一种电极组件的卷绕方法，它包括：
将第一和第二间隔件插到心轴中，由所述第一和第二间隔件每一个抽出预定长度的一部分；
将位于所述第一和第二间隔件之间的第一电极带的暴露部分插到所述心轴中，然后将所述暴露部分抽出预定长度；以及
通过沿着预定方向旋转心轴，卷绕所述第一和第二间隔件的抽出部分和所述抽出的暴露部分。

70.  根据权利要求69所述的电极组件卷绕方法，其中所述穿过所述心轴的所述暴露部分的所述预定长度至少是所述心轴的周长的一半。

71.  根据权利要求69所述的电极组件卷绕方法，其中所述暴露部分的所述预定长度长于所述心轴的半周长与从所述心轴到所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧的距离的和。

72.  根据权利要求69所述的电极组件卷绕方法，其中所述暴露部分的所述预定长度短于穿过所述心轴的所述第一和第二间隔件的预定长度。

73.  根据权利要求69所述的电极组件卷绕方法，其还包括：
让被抽出的所述卷绕暴露部分弯曲两次，使被抽出的所述卷绕暴露部分位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧的相对一侧上。

74.  根据权利要求69所述的电极组件卷绕方法，其中通过所述心轴抽出的所述暴露部分是所述第一电极带的一部分暴露区域，所述暴露部分保护着所述第一电极带与所述第一电极接头片相连一侧的相对一侧。

75.  一种电极组件，它包括：
第一电极带，它具有覆有至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，所述第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；以及
与所述第一电极带卷在一起的第二电极带，它具有覆有一种第二电极活性材料的第二电极集电器，所述第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连，
至少一个电极带之间的间隔件，它位于所述第一和第二电极带之间，
其中从所述第一电极带延伸出来的所述第一电极集电器的至少一个保护性暴露部分位于所述第一电极带与所述第一电极接头片相连的一侧上。

卷绕式电极组件以及含有该组件的二次电池
相关申请的相互参考
本申请要求2003年8月19日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请2003-57277的权益，在此通过参考将其公开内容相连进来。
技术领域
本发明涉及一种卷绕式电极组件以及包括该电极组件的二次电池，尤其涉及一种能避免电极之间发生短路的卷绕式电极组件以及包括这种电极组件的二次电池。
背景技术
概括而言，二次电池已广泛用于蜂窝电话、笔记本电脑、可携式摄像机以及其它便携式电子装置中，这些二次电池与一次电池的区别在于它能重复充电和放电。锂二次电池的工作电压为3.6V以上，这是镍镉(Ni-Cd)电池的三倍，因此锂二次电池通常作为各种电子设备的电源，而镍-氢电池由于其每个重量单位的能量密度高，因此也经常被采用。
这种锂二次电池主要采用氧化锂作为正极活性材料，采用碳质材料作为负极活性材料。根据所采用的电解质类型，锂二次电池可分为液体电解质电池(也称锂离子电池)和固体电解质电池(也称锂聚合物电池)。锂二次电池可被作成各种形状，一般作成圆柱形、长方形或袋形。
二次电池采用通过以下步骤制得的卷绕式电极组件：将活性材料施加到基板上、然后干燥基板、利用辊子压制、然后将其裁成正极电极带和负极电极带，在正极电极带和负极电极带之间插入间隔件形成多层结构，接着将该多层结构卷成卷绕形。通过将这种电极组件置于圆柱形的罐中，将电解质注入该圆柱形罐，然后将其密封起来，由此制得圆柱形电池。通过向这种电极组件施压，使其具有平坦表面，然后将该电极组件置于长方形罐中，由此制得长方形电池。
在该电极组件中，可分别从正极电极带和负极电极带抽出正极电极接头片和负极电极接头片。具体而言，可从相关正极电极带和负极电极带向上抽出正极和负极电极接头片中的一个，使其与密封这个罐的帽组件电连接。然后从其相关的电极带向下抽出另一个电极带，使其与所述罐底部形成的凸出部电连接。在长方形二次电池的情况下，正极和负极电极接头片都可从其电极带向上抽出。
按照上面所述的，传统的圆柱形电池包括仅通过在主电极带和辅助电极带之间插入间隔件构成多层结构、然后卷绕该多层结构制得电极组件。但是，该间隔件容易在正极和负极电极带与电极接头片焊在一起的部分处断裂，从而引起电短路。电极接头片让电荷从电池向外部移动，因此当电荷集中在电极接头片上时，电极接头片变热。于是，与变热的电极接头片相连在一起的电极带也受热，进而导致间隔件断裂。之后，尽管与电极接头片相连的电极带通过分隔件与极性不同的另一电极带分隔开，但间隔件的断裂也会引起受热电极带与另一电极带之间的电短路。
此外，当在电极接头片制造过程中在电极接头片端部形成毛刺之类的缺陷时，这些毛刺会破坏间隔件，尤其是较薄的间隔件，由此通过间隔件的损坏部分就会引起电短路。
日本专利公开No.11-273660提出了这样一种电池电极组件，其中，为电极带与电极接头片焊在一起的部分涂覆聚合物材料，由此避免间隔件因电极接头片上形成的毛刺或其它缺陷而受破坏。但是，该情况下，由于传统的电池制造工艺还需要聚合物涂覆工艺，因此制造工艺复杂，制造成本高。
日本专利公开No.4-109551公开了一种卷绕式电池电极组件，其中电极接头片向内弯曲得比卷绕的电池电极组件弯曲得更多，电极接头片的弯曲部分位于卷绕电极组件的内径的中心部分。但是，将电极接头片设置在卷绕电极组件的中心非常困难。即使电极设置在中心，但在将电极接头片与罐底面焊接起来的后续过程中，由于电极接头片的存在，也很难将焊接棒插到电极组件中。
美国专利US 5508122公开了一种具有螺旋形电极单元的二次电池。在该螺旋形电极单元中，面向螺旋电极单元的中心部分、并与引线相连的电极带的同极性区域通过间隔件设置在电极核心材料暴露区域的两侧上，而与另一电极带相连的引线位于螺旋电极单元的最外圈。于是，即使间隔件受损，也能避免电短路。
但是，在螺旋形电极单元中，暴露区域必需长到足以让电极带的同极性区域借助间隔件设置在暴露区域的两侧，并且另一电极带的卷绕起点要晚于该电极带的卷绕起点。因此，该二次电池包括了许多电极反应不需要的电极带部分，进而增加了制造成本。如果二次电池是长方形的，即电池的周长很长，那么该问题就会变得更严重。
发明内容
本发明提供了一种卷绕式电极组件，它被设计成能减少电极带与电极接头片焊接在一起的那一部分的电短路，本发明还涉及包含了该电极组件的二次电池。
本发明还提供了一种即使在电极接头片具有毛刺之类的表面缺陷的情况下也能避免电短路的卷绕式电极组件，以及一种包括该电极组件的二次电池。
本发明还提供了一种利用传统设备制造的、而且能避免电极带之间电短路的卷绕式电极组件，以及包括该电极组件的二次电池。
依照本发明的一个方面，提供了一种电极组件，它包括：第一电极带，它包括涂覆了至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，以及第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；第二电极带，它包括涂覆了至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，以及第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连，第二电极带与第一电极带卷在一起；至少一个电极带之间的间隔件，它夹在第一和的第二电极带之间。在此，在第一电极带与第一电极接头片相连的一侧还设置了至少一片保护间隔件，它是从电极带之间的间隔件中延伸出来的。
第一电极接头片可设置在卷绕电极组件的中心。电极带之间地间隔件和保护间隔件中至少有一个设置在第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧的相对一侧上。
该至少一个保护间隔件可以是电极带之间的间隔件的端部。作为电极带之间的间隔件端部的该至少一个保护间隔件弯曲一次以上，例如弯曲两次，并夹在第一和第二电极带之间。
第一电极接头片设置在电极组件中心的第一电极集电器的一侧上。
至少一个保护间隔件从电极带之间的间隔件中延伸出来，同时沿着与电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。
电极组件是卷绕结构，其中，一片电极带之间的间隔件、第一电极带、一片电极带之间的间隔件以及第二电极带顺序形成多层，其中至少一个保护间隔件从两片电极带之间的间隔件中的至少一个中延伸出来。
施加第一和第二活性材料的起点可以相同。
第二电极带可借助保护间隔件设置在第一电极带与第一电极接头片相连的一侧上。
至少一个保护间隔件延伸到与电极带之间的间隔件的面向电极组件中心一侧的相对一侧接触，该电极带之间的间隔件位于第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧与第二电极带之间，所述至少一个保护间隔件至少位于第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上。
依照本发明的另一方面，提供了一种电极组件，所述电极组件包括：第一电极带，它包括涂覆了至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；第二电极带，它包括涂覆了至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，以及第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连。各第一和第二电极带都夹在两片间隔件之间，并位于这两片间隔件中的一个上，由此形成了多层结构，将该多层结构插入心轴，然后利用心轴卷绕，至少将两片间隔件中的一片插入心轴，间隔件部分从心轴抽出至少一半心轴周长，然后利用心轴卷绕。
抽出的部分延伸到第一电极带与第一电极接头片相连的一侧上。
第二电极带通过该间隔件和另一间隔件的抽出部分设置在第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上。
仅让间隔件位于第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧的相对一侧上。
间隔件抽出部分的长度优选大于心轴周长的一半和从心轴到第一电极带与第一电极接头片相连的一侧之间的距离的和。
间隔件的抽出部分可至少绕心轴半圈，然后卷绕第一电极带。
第一电极接头片位于第一电极集电器面向电极组件中心的一侧上。
间隔件的抽出部分在延伸的同时可沿着与电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。
依照本发明的另一方面，提高了一种电极组件，它包括：第一电极带，它包括涂覆了至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；第二电极带，它包括涂覆了至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，以及第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连；至少一个电极带之间的间隔件，它位于第一和第二电极带之间。至少一片保护间隔件，它被制成与至少一个电极带之间的间隔件相连在一起，它与第一电极集电器的暴露部分还设置在第一电极带与第一电极接头片相连的一侧上。
第一电极接头片可位于电极组件中心。至少一个电极带之间的间隔件和至少一个保护间隔件中至少有一个位于第一电极带与第一电极接头片相连那一侧的相对一侧上。
该至少一个保护间隔件可以是所述至少一个电极带之间的间隔件的端部。作为所述至少一个电极带之间的间隔件端部的所述至少一个保护间隔件可弯曲两次，并夹在第一和第二电极带之间。
第一电极集电器的暴露部分可延伸到第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上，然后弯曲两次，夹在第一和第二电极带之间。
该至少一个保护间隔件在从电极带之间的间隔件延伸出来的同时，沿着与电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。
第一电极集电器的暴露部分延伸到第一电极带与第一电极接头片相连的一侧，同时暴露部分沿着与电极组件卷绕方向相反的方向卷绕。
电极组件是卷绕结构，其中一片电极带之间的间隔件、第一电极带、一片间隔件、以及第二电极带顺序地设置，其中保护间隔件是从两片间隔件中的至少一片延伸出来的。
施加第一和第二电极活性材料的起点可以相同。
第二电极带可通过保护间隔件和第一电极集电器的暴露部分设置在第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上。
依照本发明的另一方面，提供了一种电极组件，它包括：第一电极带，它包括涂覆了至少一种第一电极活性材料的第一电极集电器，第一电极集电器的暴露部分与第一电极接头片相连；第二电极带，它包括涂覆了至少一种第二电极活性材料的第二电极集电器，以及第二电极集电器的暴露部分与第二电极接头片相连。相应的第一和第二电极带都夹在两片间隔件之间，或者位于两片间隔件中的一个上，由此形成多层结构，将该多层结构插入心轴，利用心轴卷绕，将两片间隔件中的至少一个和第一电极集电器的暴露部分插入心轴，从心轴抽出一部分，使其长度至少等于心轴周长的一半，然后卷绕。
抽出部分伸到第一电极带与第一电极接头片相连的一侧上。
第二电极带可通过间隔件的抽出部分和至少一个第一与第二电极带之间的间隔件设置在第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上。
第一电极集电器延伸部分的抽出部分可伸到第一电极带与第一电极接头片相连的那一侧上，其中第二电极带通过间隔件的抽出部分设置在第一电极集电器延伸部分的抽出部分的一侧上。
第一电极集电器暴露部分的抽出部分的长度长于心轴周长的一半与从心轴到第一电极带与第一电极接头片相连一侧的距离的和，间隔件抽出部分的长度长于第一电极集电器暴露部分的抽出部分的长度。
第一电极集电器暴露部分的抽出部分可绕心轴半圈，然后卷绕第一电极带。
第一电极接头片可定位于第一电极集电器面向电极组件中心部分的一侧上。
间隔件和第一电极集电器暴露部分的抽出部分可从心轴抽出，同时这些抽出部分沿电极组件卷绕方向的相反方向卷绕。
间隔件包括从包括以下材料的组成的组中选出的材料：聚乙烯，聚丙烯和聚乙烯与聚丙烯的共聚物，它具有多层结构，或者包括分子量为35万或更大的聚烯烃基聚合物。
活性材料可以不施加到一部分第一或第二电极带上，所述部分第一或第二电极带借助另一电极带的活性材料和间隔件存在于极性不同的另一相邻的第二或第一电极带上。
第一活性材料可包括锂基氧化物，第二电极活性材料包括碳基材料。第一电极集电器可由铝或铝合金构成，而第二电极集电器由铜或铜合金构成。
依照本发明的另一方面，提供了依照包括置于圆柱形或长方形的罐内或者置于带形壳体中的电极组件的二次电池。
本发明的其它方面和/或优点将在下面的描述中得以部分地阐明，而根据这些描述，它们也是显而易见的，或者可通过实践本发明来体会。
附图说明
通过以下相连附图对实施例的描述，将使本发明的上述和/或其它方面以及优点变得显明，或者更容易理解，附图中：
图1是包括了依照本发明实施例的电极组件的圆柱形二次电池的剖视图；
图2是依照本发明实施例的电极组件的中心部分的剖视图；
图3表示依照本发明实施例的图2电极组件的卷绕方法；
图4是图1电极组件的中心部分的剖视图；
图5是图2电极组件的中心部分的剖视图；
图6是依照本发明另一实施例的电极组件的中心部分的剖视图；
图7表示依照本发明实施例的图6电极组件的卷绕方法；
图8是图6电极组件的中心部分的剖视图；
图9是图6电极组件的中心部分的另一剖视图；以及
图10是图6电极组件的中心部分的另一剖视图。
具体实施方式
现在对本发明的实施例进行详细参照，它们的例子示于附图中，其中类似参考数字始终指示类似元件。下面通过参照附图描述实施例，以解释本发明。
本发明是相对带有卷绕式电极组件的圆柱形二次电池进行描述的；但是，本发明并不限于这些公开内容。例如，如果电池能包括依照本发明的卷绕式电极组件，那么该电池的形状就不限于任何具体形状。另外，本发明还可用于一次电池。
图1是带有依照本发明一个方面的卷绕式电极组件20的圆柱形二次电池的剖视图。参照图1，电极组件20置于圆柱形罐1中，电极组件20是卷绕的多层结构，在该多层结构中，设置了第一电极带21和第二电极带31，在第一和第二电极带21和31中夹有间隔件40，用以将它们彼此隔离开。圆柱形罐1由金属材料制成，这样它用作第一或第二电极带21或31的集电器。罐1优选由铝或铝合金构成，并与第二电极带31电连接，形成第二电极集电器。
在电极组件20中，从第一和第二电极带21和31中分别抽出了第一电极接头片25和第二电极接头片35。更具体地说，是从电极组件20的中心部分抽出第一电极接头片25，从电极组件20的边缘抽出第二电极接头片35。向上将第一电极接头片25抽出，然后使其与密封这个罐1的帽组件2电连接。朝下将第二电极接头片35抽出，然后使其与罐1的底部3电连接。与第一电极接头片25相连的帽组件2用作第一电极集电器，与第二电极接头片35相连的罐1用作第二电极集电器。
参照图2，依照本发明一个方面的电极组件20包括第一电极带21和第二电极带31。在该实施例中，第一电极带21和第二电极带31分别用作正电极带和负电极带。但是，本发明并不限于上述描述。即，第一电极带21和第二电极带31可分别用作负电极带和正电极带。
如图2所示，第一电极带21包括第一电极集电器22和包含电极活性材料的电极混合物23，而第二电极带31包括第二电极集电器32和包含电极活性材料的电极混合物33。图2表示依照本发明一个方面的卷绕电极组件20的中心部分。图3表示依照本发明一个方面的图2电极组件20的卷绕方法。
下面，将参照图2和图3更详细地描述电极组件20。
当电极组件20与锂二次电池相连使用时，第一电极带21用作正电极带。该情况下，第一电极集电器22可利用薄膜型薄金属板制成，优选由薄铝膜制成。设置在第一电极集电器22的至少一个表面上的第一电极混合物23可以是一种第一电极活性材料(锂基氧化物)、粘接剂、塑化剂、和/或导电材料的混合物。第一电极集电器22的至少一个表面覆有第一电极混合物23，该第一电极集电器还具有未涂覆第一电极混合物23的暴露部分24。该暴露部分优选是前端。
第二电极带31(即负电极带)可包括由薄金属膜、优选是铜制成的第二电极集电器32。在第二电极集电器32的至少一个表面上形成了第二电极混合物33，该混合物可由一种碳基的第二电极活性材料、粘接剂、塑化剂、和/或导电材料的混合物构成。在电极组件20上，第二电极集电器32包括至少一个覆有第二电极混合物33的表面，并包括未覆有第二电极化合物33的暴露部分(未示出)。如图1所示，暴露部分34与第二电极接头片35焊在一起。此外，如图2所示，第二电极集电器32的前端包括未覆有第二电极混合物33的暴露部分34。暴露部分34在电极组件20的中心部分以外延伸，从而使得更容易将电极组件20插到心轴中，并通过心轴卷绕。
与暴露部分24相连的第一电极接头片25可由铝材料制成，而与电极组件20的最外层卷绕相连的第二电极接头片35由镍材料制成。
电极组件20是卷绕的多层结构，在该结构中，第一电极带21、至少一个间隔件40、以及第二电极带31顺序设置。间隔件40将第一电极带21、第二电极带31彼此隔离开，并允许在第一和第二电极带21和31之间交换活性材料离子，由此引起电池反应。间隔件40优选长到足以在收缩或膨胀状态将第一和第二电极带21和31彼此完全隔离开。
如果间隔件40用于锂二次电池，那么间隔件40的类型是不受限制的。例如，间隔件40可由从包括以下材料的组中选出的材料构成：聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯与聚丙烯的共聚物。另外，间隔件40可由分子量至少为35万的聚烯烃基聚合物构成，或者可以是多层聚合物。
间隔件40可通过将凝胶型片材双向取向、然后去掉片材中的溶剂来形成。在此，凝胶型片材是利用平均分子量为20万到25万、重量占百分之18的UHMWPE组合物(溶液)和平均分子量为4万到5万、重量占百分之82的HDPE的组合物(溶液)形成的。可以选择的是，间隔件40可以是聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯的三层结构，其中每一元件的微孔直径范围为0.01μm到0.05μm。另外，间隔件40可通过将两片聚乙烯片材熔合而成，或者由一片聚乙烯制成。熔合过程可利用加热来实施。
电极组件20置于罐1内，其中罐1中充满了电解质溶液。电解质溶液可以是锂盐和碳基有机溶剂的混合物(溶液)。此外，可将卤化芳族化合物如氟化苯加到电解质溶液中。
依照本发明，间隔件40包括两片间隔件，即第一和第二间隔件41和42。第一电极带21和第二电极带31设置在第一和第二间隔件41和42之间，并分别位于第一和第二间隔件41和42的一侧上。如图2和3所示，第一间隔件41夹在第一和第二电极带21和31之间，第二间隔件42设置在第一电极带21的一侧上。于是，由于电极组件20是利用两片间隔件、即第一和第二间隔件41和42来卷绕的，因此可将第一和第二电极带21和31彼此隔离开。但是，因为第一和第二电极带21和31要彼此隔离开，第一和第二间隔件41和42的布置就不限于上述描述。例如，可将电极组件20制造成在第一和第二电极带21和31之间有一片间隔件或者在第一和第二电极带21和31之一的一侧上有一片间隔件。
第一间隔件41包括第一电极带之间的间隔件41a和从第一电极带之间的间隔件41a延伸出来的第一保护间隔件41b。第二间隔件42包括第二电极带之间的间隔件42a和从第二电极带之间的间隔件42a延伸出来的第二保护间隔件42b。第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a用作二次电池的隔膜，它允许在分别覆有第一和第二电极混合物23和33的第一和第二电极带21和31之间交换活性材料离子。如图2所示，第一和第二保护间隔件41b和42b可分别从第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a中延伸出来。第一和第二保护间隔件41b和42b中至少有一个还位于第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧上，由此就避免了第一和第二电极带21和31之间的电短路。
优选的是，第一和第二保护间隔件41b和42b是第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a的端部，它们还位于第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上。参照图2，第二电极带31可位于第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上。按照这种方式，可以避免第一和第二电极带21和31之间因间隔件损坏而导致的电短路，所述间隔件受损是由于与第一电极带21相连的第一电极接头片25由于电荷集中而变热引起的。
换言之，如图2所示，作为第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a端部的第一和第二保护间隔件41b和42b还夹在第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧与第二电极带31之间，由此增强了第一和第二电极带21和31之间的电绝缘。于是，即使电极带之间的41a和42a由于热而受损，由于第一和第二保护间隔件41b和42b的存在，也可以避免第一和第二电极带21和31之间的电短路。
另外，可以避免间隔件因第一电极接头片25的表面缺陷(如毛刺)发生断裂而引起的第一和第二电极带21和31之间的电短路。如图2所示，仅有间隔件位于第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上，从而可以彻底避免第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧上的电短路。
在该实施例中，如图2所示，第一和第二保护间隔件41b和42b中的一个或者两者都位于第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧上。
如图2所示，第一和第二保护间隔件41b和42b在从第一和第二内电极间隔件41a和42a中延伸出来的同时分别弯折两次，在延伸的同时沿着与电极组件20卷绕方向相反的方向卷绕，然后位于第一和第二电极带21和31之间的第一电极带之间的间隔件41a的面向电极组件中心部分一侧的相反一侧上。尽管附图中未示出，但当只有第二保护间隔件42b伸到并位于第一和第二电极带21和31之间的第一电极带之间的间隔件41a的相对一侧上时，第二保护间隔件42b可在插在第一电极带之间的间隔件41a和第一电极带21之间的同时伸到第一电极接头片25处。
此外，尽管附图中未示出，但可将第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a置于第一电极集电器22与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上。此外，在至少两个间隔件(例如第一和第二电极带之间的间隔件41a和42a)位于第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相反一侧上的同时，可以让一部分第一电极集电器22暴露出来。
可将通常用于卷绕电极组件20的设备用于第一和第二保护间隔件41b和42b的插入。例如，在卷绕电极组件20时，利用图3所示的心轴50之类的装置，通过将两片第一和第二间隔件41和42插到心轴50中，将第一电极带21夹在第一和第二间隔件41和42之间，然后将第二电极带21置于第一间隔件41的另一侧上，沿图3箭头所示方向卷绕心轴50，由此制得电极组件20。
具体而言，可将第一和第二间隔件41和42插到心轴50中，使这些间隔件41和42每一个的一部分从心轴50的端部伸出长度L1，旋转心轴50。然后，如图3所示，让穿过心轴50的第一和第二间隔件41和42的长度L1部分沿与心轴50卷绕方向相反的方向旋转。第一和第二间隔件41和42的旋转部分伸到第一电极带21与第一电极接头片25相连的那部分处，这样第一间隔件41的上部就被这些部分所覆盖。接着，让心轴50继续卷绕，获得图3的第一和第二保护间隔件41b和42b。
从心轴50抽出的第一和第二间隔件41和42的部分的长度L1必需至少是心轴50的周长的一半。该情况下，如图3所示，将第一电极接头片25焊在暴露部分24的前端，在卷绕电极组件20的同时，将第一电极接头片21的前端置于与心轴50的嘴相邻的位置。具体而言，第一和第二间隔件41和42的这一部分的长度L1必需长于心轴50的一半周长和从心轴50到第一间隔件41与第一电极接头片25相连一侧的距离的和，这样第一间隔件41与第一电极接头片25相连的上部全部被第一和第二间隔件41和42的这些部分所覆盖和保护。
如果第一和第二间隔件41和42的长度L1非常长，将不必要地增加电极组件20的厚度。如图3所示，长度L1优选这样确定：从心轴50抽出的第一和第二间隔件41和42的第一和第二保护间隔件41b和42b是心轴50的周长的一半，它们要伸到第二电极带31的起点处。换言之，长度L1优选等于或小于心轴50的半周长与从心轴50到第二电极带31最靠近心轴50的端部之间的距离的和。
在将电极组件20卷好后，去掉心轴50，得到图2所示的电极组件20。另外，还可留下心轴50继续插在电极组件20内。
同时，如图2所示，还可通过将第一电极接头片25焊接到第一电极集电器22的面向电极组件20中心的一侧上来避免第一和第二电极带21和31之间的电短路。
在细节上，在将第一电极接头片25焊到第一电极集电器22面向电极组件20中心的那一侧上时，第一电极接头片25面临电极组件20的中心，仅有第一或第二间隔件41或42与第一电极接头片25接触。因此，即使第一电极接头片25包括表面缺陷如毛刺，也不会引起电短路。
此外，即使第一电极接头片25的毛刺伸到电极组件20外面，也不会发生电短路，除非第一电极集电器22和第一、第二保护间隔件41b和42b都受损。
此外，将第一和第二保护间隔件41b和42b安装在第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上避免了第一和第二电极带21、31之间由于第一电极接头片25变热引起的电短路。
按照上面参照图2所描述的，是相对于将第一电极接头片25焊到第一电极集电器22面向电极组件20中心部分的一侧上来描述本发明。可以替换的是，如图4所示，通过将第一电极接头片25焊到第一电极集电器22面向电极组件20外侧的一侧上也可以避免电短路。
在利用第一和第二保护间隔件41b和42b来保护第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧时，电极带21和31的电极混合物23和33的起始部分可按照图2到图4所示的情况来构造。该情况下，可通过卷绕电极组件20、甚至卷绕很小程度来增加电池反应面积，从而使电池容量最大化。尽管附图中未示出，但可通过形成能使第一电极混合物23开始与第一电极接头片25相邻的第一电极带21的起点来增加可用于电池反应的面积。
活性材料可以不施加在第一或第二电极带21或31的一侧上，所述一侧通过第一或第二间隔件41或42与相反极性的第一或第二电极带21或31的活性材料不接触。具体而言，如图5所示，活性材料层33a和另一活性材料层33b可分别位于第二电极集电器32面向电极组件20的中心部分的一侧及其相对一侧上。位于第二电极带31前端的活性材料层33a和33b的起点彼此不同，所述第二电极带31通过间隔件41和42设置在第一电极带21上，并面向卷绕电极组件20的中心。第二电极带31的前端一侧不用于电池反应，因此未涂覆电极混合物。因此，可以不必增加电极组件20的体积。该活性材料的不对称施加不仅适用于第一和第二电极带21和31，而且适用于电池的最外侧表面。
依照本发明，覆有电极混合物或未覆有电极混合物的第一和第二电极带21和31的起点可设定在不同方位或位置。
图6是依照本发明一个方面的电极组件20的中心部分的剖视图。参照图6，除了第一和第二保护间隔件41b和42b之外，第一电极集电器22的第一电极带21的暴露部分24可位于第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧，用以防止第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的电短路。
具体而言，从暴露部分24伸出的部分24a设置在第一和第二保护间隔件41b和42b之间，所述第一和第二保护间隔件又位于第一电极带之间的间隔件41a的面向第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧之相对侧的一侧的另一侧上。于是，即使位于电极带21与第一电极接头片25相连一侧上的第一和第二间隔件41和42被脱掉或者撕下，相同极性的这个部分24a也会位于第一电极带21的另一侧上，由此避免了第一和第二电极带21和31之间的电短路。
图7表示依照本发明一个方面的图6的电极组件的卷绕方法。正如上面参照图3所描述的，将第一和第二保护间隔件41b和42b插到心轴50中，分别从心轴50将它们抽出长度为L1的一部分。接着，将第一和第二间隔件41和42之间的第一电极带21的暴露部分24的一部分24a插到心轴50中，然后从心轴50中抽出长度为L2的部分24a。然后通过沿预定方向旋转心轴50卷绕第一和第二保护间隔件41b和42b的抽出部分以及部分24a的抽出部分。例如，心轴可沿图7中所示箭头所指的方向卷绕。穿过心轴50的部分24a的长度L2必需至少是心轴50圆周的一半。具体而言，长度L2必需大于心轴50的半周长与从心轴50到第一电极接头片25之间距离的总和。此外，部分24a的长度必需短于穿过心轴50的第一和第二保护间隔件41b和42b的长度L1。如果长度L2比长度L1长，部分24a就会在通过心轴50往回卷时与第二电极带31接触。
与第一和第二保护间隔件41b和42b的卷绕部分类似，该部分24a的卷绕部分通过心轴50弯曲两次，然后位于第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对一侧上。即，该部分24a在伸到第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的同时，沿着与电极组件20卷绕方向相反的方向卷绕。
图7的方法包括将第一电极接头片25焊到第一电极集电器22面向第一电极组件20的中心部分的一侧上的情形。但是，如图8所示，图7的方法还可用于将第一电极接头片25焊到第一电极集电器22的另一侧上的情形。
可以替换的是，如图9所示，仅让第一保护间隔件41a伸到第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧上，而不让部分24a位于在第一和第二保护间隔件41b和42b之间。该情况下，暴露部分24的部分24a对第一电极带21与第一电极接头片25相连一侧的相对侧产生保护。
按照上面所述的，在电极组件20中，电极混合物可以不施加到第一或第二电极带21或31的一侧上，所述一侧与极性不同的另一相邻电极带21或31的活性材料层和间隔件41和42不接触。即，参照图10，活性材料层33a位于第二电极集电器32面向电极组件20的中心的一侧上，而活性材料层33b位于另一侧。活性材料层33a和33b在第二电极带31末端的起点彼此不同，所述末端通过间隔件41和42存在于第一电极带21上。电极混合物不施加到不用于电极反应的第一或第二电极带21或31的前端。于是，电极组件20的体积不会不必要地增加。该活性材料的不对称施加还可用于电池的最外侧表面。
本发明可用于制造包括图1到10所示圆柱形电池的各种形状、尺寸和类型的电极组件。例如，长方形或袋型电池可通过向依照本发明的电极组件施压、然后将平展的电极组件置于长方形罐或袋形壳体中来制造。
除了上面所述的对第一电极带21与第一电极接头片25相连的一侧进行保护的方法之外，还可保护第二电极带31与第二电极接头片25相连的一侧。
表1表示在进行若干实验时得到的结果，用以评价具有图2所示结构的二次电池与在电极带和电极接头片相连一侧有一片间隔件的传统二次电池相比的有效性。实验过程中使用了5个依照本发明的二次电池和5个传统二次电池。
表1